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高电压测量的抗干扰

电磁兼容

电磁干扰源

来源     1暂态电流   2空间电磁辐射 3仪器电源

高电压试验的抗干扰措施

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《高电压技术》

研究对象:高电压(强电场)下的各种电气物理问题

学习目的:正确处理电力系统中过电压与绝缘

1、电气设备的绝缘

   绝缘试验

    高压试验

   2、电力系统过电压

输电电压等级的划分与分类

高电压技术的应用

  应用对象:高压脉冲

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气体中出现带电质点的原因:电离

气体分子电离:气体分子(原子)接受外界能量后,其核外电子脱离原子核的束缚,成为自由电子。

气体分子(原子)  正离子+自由电子

电离能---使气体分子发生电离所需要的最小能量。

单位:电子伏特(eV)

气体电离方式

电子碰撞电离--电子被电场加速获得动能,在和气体分子碰撞时,把动能传给后者引起碰撞电离。

条件:自由电子的动能>气体分子的电离能.

光电离--光辐射引起的气体分子电离

条件:  光子的能量>气体分子的电离能.

热电离--高温(数千度以上)气体产生的气体分子电离.

气体分子碰撞电离;

热辐射电离.

阴极表面电离--阴极表面电离--阴极表面发射自由电子.

逸出功---使阴极表面发射电子所需要的最小能量,单位:电子伏特(eV) 阴极表面逸出功<<气体分子电离能,不同的金属材料逸出功不同.

阴极表面电离方式:

正离子撞击阴极表面

光电子发射

热电子发射

强场发射

负离子的形成

附着:电子与中性分子相结合形成负离子.

负离子的形成并未使气体中带电质点的数目改变,但却使自由电子数减少走哦,因而对气体放电的发展起到抑制作用. 

1.1 带电质点的产生运动和消失

a  气体中带电质点的运动和消失

定向运动带电粒子在电场的驱动下,沿电场方向运动,到达电极时,消失了电极上而形成电流.

扩散带电粒子从浓度高高的地方向浓度低的地方移动因而逸出气体放电空间.

复合正离子和负离子或电子相遇,发生电核传递而互相中和, H还原为中性分子的过程.

复合是电离的的逆过程,以光子形式向外释放能量,可导致光电离

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气隙的击穿时间      静态击穿电压Uo-----长时间作用在间隙上能使间隙击穿的最低电压。

击穿时间tb--- 从开始加压的瞬时起到气隙完全击穿为止总的时间称为击穿时间。

Tb=t0+ts+tf

1、升压时间t0-----电压从零升到静态击穿电压u0所需的时间。

2、统计时延ts--从电压达到u0的瞬间起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。

3、放电发展时间tf-----从形成第一个有效电子的瞬时起到气隙完全被击穿为止的时间。

4、  t1=ts+tf

           t1----放电时延

气隙的伏秒特性

一、电压波形

1、直流电压

   直流试验电压大都由交流整流而得,其波形必然有一定的脉动,通常所称的电压值是指平均值直流电压的脉动幅值是最大值与最小值之差的一半。纹波系数为脉动幅值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试验电压的纹波系数应不大于3%

2、 工频交流电压

     工频交流试验电压应近似为正弦波,正负两半波相同,其峰值与有效值之比应在根式2\pm0.07以内。

  频率一般在45--65Hz范围内。

3、 雷击冲击电压----为了模拟雷电电压而制定的

a、标准的雷击冲击全波:非周期的双指数波1.2/50us

参数:  视在波前时间    T1=1.2US\pm30%

           视在半峰值时间   T2=50us\pm20%

               峰值允许误差     \pm3%

二、 伏秒特性

 1、 概念

    气隙的伏秒特性---在同一波形,不同幅值的冲击电压作用下,气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系,称为该气隙的伏秒特性。

伏秒特性曲线---表示该气隙伏秒特性的曲线,称为伏秒特性曲线。

50%冲击击穿电压(U50%)----指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。

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6.  汤逊放电理论的局限

a、放电外形

汤逊理论:放电应是充满整个电极间、均匀、连续发展。

实际:大气压下,放电路径贯穿两极细通道且有分支、放电多为间歇性、不均匀(如火花放电、雷电)

b、阴极材料

汤逊理论:阴极材料的特性对击穿过程起重要作用。

实际:大气压下,击穿电压与阴极材料无关。

c、放电时间

汤逊理论:击穿需要较长。

实际:大气压下,击穿需时很少。

汤逊理论适用于Pd小于26.6kpa.cm的情况。

原因:1.没有考虑空间电荷对电场的畸变

           2. 没有考虑空间光电离z

1.3       流注气体放电理论

工程上感兴趣的是压强较高气体的击穿,如

 

 

 

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1.4  不均匀电场中气体击穿的发展过程

球间隙的工频放电电压的变动情况:

1.---击穿电压

2.--电晕起始电压

3--刷状放电电压

4---过度区域

电场比较均匀的情况

放电达到自持时,a在整个间隙中部已达到相当数值.

这时和均匀电场中情况类似

电场不均匀程度增加但仍比较均匀的情况

当大曲率电极附近a达到足够数值时,间隙中很大一部分区域a也都已达相当数值,流注一经产生,随即发展至贯通整个间隙,导致间隙完全击穿

电场极不均匀的情况

当大曲率电极附近很小范围内a已达相当数值时,间隙中大部分区域值a都仍然很小,放电到自持放电后,间隙没有击穿.电场越不均匀,击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大.

引入电场不均匀系数 f  b表示各种结构的电场的均匀程度

                     f =   Emax/Eav

                         Eav=U/d

f<2时,稍不均匀电场

f>4后,极不均匀电场

特殊放电现象--电晕放电

电晕放电现象

电离区的放电过程造成.  咝咝的声音,臭氧的气味, 回路电流明显增加(绝对值仍很小),可以测量到能量损失

脉冲现象

a  时间刻度T=125us

b  0.7uA电晕电流平均值

c  2uA 电晕电流平均值

 

 

 

 

 

 

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气体中出现带电质点的原因:电离

气体分子电离:气体分子(原子)接受外界能量后,其核外电子脱离原子核的束缚,成为自由电子。

气体分子(原子)  正离子+自由电子

电离能---使气体分子发生电离所需要的最小能量。

单位:电子伏特(eV)

气体电离方式

电子碰撞电离--电子被电场加速获得动能,在和气体分子碰撞时,把动能传给后者引起碰撞电离。

条件:自由电子的动能>气体分子的电离能.

光电离--光辐射引起的气体分子电离

条件:  光子的能量>气体分子的电离能.

热电离--高温(数千度以上)气体产生的气体分子电离.

气体分子碰撞电离;

热辐射电离.

阴极表面电离--阴极表面电离--阴极表面发射自由电子.

逸出功---使阴极表面发射电子所需要的最小能量,单位:电子伏特(eV) 阴极表面逸出功<<气体分子电离能,不同的金属材料逸出功不同.

阴极表面电离方式:

正离子撞击阴极表面

光电子发射

热电子发射

强场发射

负离子的形成

附着:电子与中性分子相结合形成负离子.

负离子的形成并未使气体中带电质点的数目改变,但却使自由电子数减少走哦,因而对气体放电的发展起到抑制作用. 

1.1 带电质点的产生运动和消失

a  气体中带电质点的运动和消失

定向运动带电粒子在电场的驱动下,沿电场方向运动,到达电极时,消失了电极上而形成电流.

扩散带电粒子从浓度高高的地方向浓度低的地方移动因而逸出气体放电空间.

复合正离子和负离子或电子相遇,发生电核传递而互相中和, H还原为中性分子的过程.

复合是电离的的逆过程,以光子形式向外释放能量,可导致光电离

 

 

 

 

 

 

 

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第一章   气体放电的物理过程

 

电介质: 1、气体--空气、SF6等

               2.液体--变压器油、电容器油等

               3. 固体--绝缘纸、云母、塑料、电瓷硅橡胶等

 

正常使用,电介质为良好的绝缘体过高压电下,发生放电、失去绝缘性--击穿。

 

1、1 带电质点的产生、运动和消失

a、气体中带电质点的产生

气体放电的原因:气体中出现带电质点

气体中出现带电质点的原因:电离

气体分子(原子)接受外界能量后,其核外电子脱离原子核的束缚,

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二、高电压技术的研究对象

1、电气设备的绝缘:

a、绝缘试验{固、液、气体)

 在电场作用下的电气物理性能和击穿的理论、规律。

b、高压试验---判断、监视绝缘质量的主要试验方法。

2、电力系的过电压:

c、过电压及其保护----过电压的成因与限制措施。

三、输电电压等级的划分与分类:

1、交流系统:

高压(HV): 1KV---220KV,

                    包括:10KV, 35KV,110KV, 220KV

 超高压(EHV): 330KV----750KV

                         包括:330KV,500KV /750KV

特高压(UHV): 1000KV及以上

2. 直流系统:

超高压(EHV): +_ 500KV

特高压(UHV):+_800KV

四、高电压技术在其它领域的应用

1.医学:利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症;

2.农业:高压静电喷药,高电场诱发变异在育种上的应用;

3、环保:高压脉冲放电处理污水,电除尘技术;

4、军事:大功率脉冲技术,电磁干扰、电子对抗;

5、其它工业:静电喷涂,高压设备制造等。

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电气实验的八字方针:安全、可靠、优质、经济

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雷电放电;一种气体放电现象。路径达数千米,是一种超长间隙的火花放电。

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《高电压技术》

研究对象:高电压(强电场)下的各种电气物理问题

学习目的:正确处理电力系统中过电压与绝缘

1、电气设备的绝缘

   绝缘试验

    高压试验

   2、电力系统过电压

输电电压等级的划分与分类

高电压技术的应用

  应用对象:高压脉冲

 

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当d<d时;电场还比较均匀,击穿以前间隙中看不到什么放电迹象;当d>d时;电场已不均匀,当电场还明显低于击穿电压时,出现电晕放电、刷状放电;
d和do之间;过渡区域,放电过程不很稳定,击穿电压分散性很大当d>d6时;电晕起始电压己开始变得低于击穿电

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 电介质   —气体—空气、SF,等
               —液体—变压器油、电容器油等
               固体—绝缘纸、云母、塑料、电瓷、硅橡胶等 

 

正常使用,电介质为良好的绝缘体过高电压下,发生放电、失去绝缘性
—击穿。 

 

气体放电的原因:气体中出现带电质点气体中出现带电质点的原因:电离
·气体分子电离:气体分子(原子)接受外界能量后,其核外电子脱离原子核的束缚,成为自由电子。
电离能——使气体分子发生电离所需要的最小能量。
单位:电子伏特(eV)

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工频高压试验

产生

高压试验变压器

试验变压器串级接线

工频高电试验的基本接线图

直流高电压试验

特点

缺点

产生

半波整流电路

倍压整流电路

串级直流电压发生器

直流高压发生器的技术参数

球隙放电法测量交直流高电压

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高电压测量的抗干扰

电磁兼容

电磁干扰源

来源     1暂态电流   2空间电磁辐射 3仪器电源

高电压试验的抗干扰措施

 

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测量冲击电压的分压器

电阻分压器

材料

阻值

适用波形

测量误差原因

阶跃响应

响应时间 要求

振荡型阶跃响应

阻抗匹配

分压比

单端匹配

电容分压器

 

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气隙的伏秒特性

电压波形

直流电压

工频交流电压

电冲击电压

模拟雷电 电压    1)雷电冲击全波    2)截波

操作冲击电压       模拟电力系统中的操作过电压波

伏秒特性

概念

伏秒特性曲线的制作

应用

气隙击穿电压的概率分布

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高电压测量技术

测量高电压仪器和装置

静电电压表 

测量对象

优点   

峰值电压表

测量原理

整流电容电流——交流高压

电容器充电电压——交流电压

注意事项      被测波形要求,电抗要大

分压器

原理     分压比K

基本要求

 

 

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